【正文】 輸出 輸出 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 產(chǎn)物，系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常分為信號(hào)處理部分和非信號(hào)處理部分。本文的研 究主要包括以下幾個(gè)方面： 1． 對(duì) DSP 技術(shù)進(jìn)行廣泛的學(xué)習(xí)和研究，了解各系列的 DSP 的結(jié)構(gòu)及用途，根據(jù)課題需要選擇高性價(jià)比的主處理器，本課題選擇 TI 公司的TMS320F2812 作為主處理器，熟悉該款數(shù)字處理器的結(jié)構(gòu)、外設(shè)及各個(gè)模塊的功能和各個(gè)寄存器的作用及構(gòu)造。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第 2章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案 采集處理系統(tǒng)分析 本 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采用內(nèi)部有模數(shù)轉(zhuǎn)換起的 DSP 作為主處理器，這是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的多通道高速數(shù)據(jù)采集處理 系統(tǒng)，不僅具有數(shù)據(jù)采集與傳輸功能，同時(shí)具有運(yùn)動(dòng)控制功能。 根據(jù)系統(tǒng)各部分的功能的不同，可將系統(tǒng)分為輸入信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊和 USB 模塊。與目前普遍采用的單片機(jī)相比，DSP 具有較高的集成度并具有更快的運(yùn)行速度， DSP 器件比 16 位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快 8~10 倍，在乘法處理上， DSP 的優(yōu)勢(shì)更為明顯，完成一次乘累加運(yùn)算快 16~30 倍。而 DSP 內(nèi)部采用的哈佛（ Harvard）結(jié)構(gòu)，它在片內(nèi)至少有四套總線；程序地址總線、程序數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù) 的地址總線和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線。而 DSP 器件配有獨(dú)立的乘法器和加法器，單個(gè)周期可以完成相乘、累加倆個(gè)運(yùn)算，大大提高了運(yùn)算效率。器件上集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，代碼和指令與 F24x 系列數(shù)字信號(hào)的處理器完全兼容。另外 F2812 芯片采用典型的哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有六條獨(dú)立、并行的數(shù)據(jù)和地址總線，極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力；同時(shí)精的指令系統(tǒng)、八級(jí)流水線的操作方式和 的指令周期使得系統(tǒng)的運(yùn)行速度特別快；系統(tǒng)采用高性能靜態(tài)CMOS 技術(shù)，功耗非常低。若 F2812 芯片自帶的 ADC 模塊無法達(dá)到系統(tǒng)所要求的精度，則要采用外擴(kuò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的方案，而本系統(tǒng)對(duì)采樣精度要求達(dá)到 8位即可， F2812 芯片能夠滿足系統(tǒng)要求，在第三章第一節(jié)有詳細(xì)的介紹。兩種方法各有利弊：前者投資小，可利用普通單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)外設(shè)應(yīng)用程序，其優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)者熟悉這些通用微控制器的結(jié)構(gòu)和指令集，相關(guān)資料豐富，易于進(jìn)行開發(fā)。該芯片有 2 種接口方式，設(shè)計(jì)時(shí)采用的是 Slave FIFO 方式，外部控制器（ F2812）可以向?qū)ζ胀‵IFO 一樣對(duì) FX2 的多層緩沖 FIFO 進(jìn)行讀寫。存儲(chǔ)器的速度是用存儲(chǔ)器訪問時(shí)間來衡量的，訪問時(shí)間就是指存儲(chǔ)器接收到穩(wěn)定的地址出入到操作完成的時(shí)間，比如在讀出時(shí)，存儲(chǔ)器往數(shù)據(jù)總線上輸出數(shù)據(jù)就是操作結(jié)束的標(biāo)志?？紤]xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 到系統(tǒng)的低功耗以及 F2812 芯片的 CPU 核和 I/O 外設(shè)上 電順序的不同，本文選用了 TI 公司的芯片 TPS75733[18]和 TPS76801[19]作為整個(gè)系統(tǒng)的供電電源，將電路板外接的 +5V 轉(zhuǎn)換成 + 和 、 +12V 和 +5V 由外電源提供，這里選用開關(guān)電源。 EA0~EA2 用來控制ADS8364 的 A0~A2，而 EA15 則用來通過反相器發(fā)送片選信號(hào)。當(dāng) ADS8364 的 /HOLDX（ X 為 A、 B 或 C）保 持至少 20ms 的低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換開始。 F2812 的ADC 模塊的功能框圖如圖 32 所示。 5． 快速轉(zhuǎn)換時(shí)間， ADC 時(shí)鐘可以配置為 25MHZ，最高采樣帶寬為 。 10． 排序器可工作在“啟動(dòng) /停止”模式，允許多個(gè)按時(shí)間排序的觸發(fā)源同步轉(zhuǎn)換。此外為了方便觀察電源的通斷，在電源的輸入端設(shè)置了電源指示燈 LED，在 +5V 電源輸入時(shí)二極管 LED 將發(fā)光 [1819]。 時(shí)鐘電路 DSP 和其他的微處理器一樣，需要晶振才能工作， F2812 芯片內(nèi)含一個(gè)機(jī)遇可編程 PLL（ Programmable PhaseLocked Loop）的時(shí)鐘模塊，該模塊為芯片提供了所有必要的時(shí)鐘信號(hào)，還提供了低功耗方式的控制入口， PLL 具有 4 位比例控制，用來選擇不同的 CPU 時(shí)鐘速率。它有一個(gè)片內(nèi)鎖相環(huán)（ PLL）電路，利用PLL 可以把 24MHz 振蕩器頻率倍頻至 480MHz 供收發(fā)器使用。原理如下：當(dāng)按鈕 SW1 按下時(shí)，電容 C 上的電荷將通過按鈕串聯(lián)的電阻 R53 放走，使電容 C 上的壓降為 0， XRS為低電平，系統(tǒng)復(fù)位器件終止運(yùn)行， PC 指向地址 0x3FFFC0；當(dāng)按鈕松開時(shí)， 的電壓對(duì)電容 C 充電，充電完成后， XRS置為高電平，復(fù)位結(jié)束，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)復(fù)位，程序從 PC 所指出的位置開始運(yùn)行，復(fù) 位電路的電阻不恩能夠太大，否則電流達(dá)不到要求，復(fù)位失敗。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 0 9 S he e t of F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99 S E \ E X A M P L E S \M yD e s i gn .dd bD r a w n B y :X 1/ X C K I NX2T M S 32 0 F 28 12C130 p FC230 p FC122 p FC222 p F30 M H z 24 H M zX T A L I NX T A L O U TC Y 7C 68 0 13xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 0 9 S he e t of F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99 S E \ E X A M P L E S \M yD e s i gn .dd bD r a w n B y :R11KR210KS?S W 1C1 27 μ F+ VGNDR E S E T X R S 68 0 1328 1 2 圖 36 系統(tǒng)的復(fù)位電路 JTAG 電路設(shè)計(jì) 同單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)一樣，一個(gè)完成的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)必須具有仿真器的標(biāo)準(zhǔn)接口，用戶可以通過 PC 調(diào)試、下載應(yīng)用軟件到指定的應(yīng)用板。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 0 9 S he e t of F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99 S E \ E X A M P L E S \M yD e s i gn .dd bD r a w n B y :T M S1T D I3+ V5T D O7T C K911E M U 013T R S T24681012E M U 114J A T GC1 μ FR1R3R2GND+ VV C C 圖 37 JTAG 接口電路設(shè)計(jì) F2812 與存儲(chǔ)器的接口設(shè)計(jì) 對(duì) DSP 內(nèi)部存儲(chǔ)器資源進(jìn)行必要的了解后，才能正確地利用它的強(qiáng)大功能。每個(gè)空間的長(zhǎng)度都是 1K 字，其中 M0 映射到 0x00 0000~0x00 03FF 空間， M1 映射到到0x00 0400~0x00 07FF 空間。用戶可以選擇從內(nèi)部 FLASH 存儲(chǔ)器引導(dǎo)程序，也可以根據(jù)需 要建立自己的引導(dǎo)程序，使用 Zone7 空間進(jìn)行程序引導(dǎo)，將程序存放在外部空間。在一個(gè)讀訪問和寫訪問中，等待的狀態(tài)數(shù)、選通信號(hào)建立時(shí)間均可以被指定 [25]。 F2812 芯片內(nèi)部有一個(gè) Boot ROM 存儲(chǔ)器，它是掩模型片內(nèi)存儲(chǔ)器，并在出廠時(shí)固化了 Boot Loader 軟件。 F2812 通過 32 位數(shù)據(jù)地址和 22 位程序地址控制整個(gè)存儲(chǔ)器及外設(shè)，最大可尋址 4G 個(gè)字（每個(gè)字 16 位）的數(shù)據(jù)空間和 4M 字的程序空間。 2．禁止帶電插拔 JTAG 接頭。復(fù)位完成后， PTE 向量表將被屏蔽。當(dāng) F2812 芯片的 160 管腳 XRS接地時(shí)，也起到復(fù)位的功效。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 0 9 S he e t of F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99 S E \ E X A M P L E S \M yD e s i gn .dd bD r a w n B y :X 1/ X C K I NX2T M S 32 0 F 28 12C130 p FC230 p FC122 p FC222 p F30 M H z 24 H M zX T A L I NX T A L O U TC Y 7C 68 0 13xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 35 系統(tǒng)的時(shí)鐘 電路 同理，對(duì)于 68013 芯片，我們選用了 24Mhz 的晶振通過內(nèi)部倍頻的方式使芯片達(dá)到理想的工作頻率。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，曾經(jīng)用過一般的開關(guān)電源，在采集的過程中出現(xiàn)很多的尖峰毛刺，雖然用中值濾波可以把尖峰濾掉，但是濾波處理會(huì)占用 DSP 芯片的處理時(shí)間，降低了系統(tǒng)的效率。本系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖 所示，在左邊的 TPS75733 使能端接地，即一直都是使能的，當(dāng)其 2 管腳 IN 有 +5V 的輸入信號(hào)時(shí)， 4 管腳 OUT 輸出 + 電壓，此時(shí)為F2812 的 I/O 供電；與此同時(shí)， TPS75733 的管腳 5 置低，使能 TPS76081，輸出為兩個(gè) OUT 管腳（管腳 5 和 6），得到 +，為 DSP 的內(nèi)核供電。 S/W：軟件立即啟動(dòng)（用 SOC SEQn 位）； EVA：事件管理器 A（ EVA 中的多個(gè)事件源可以 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換）； EVB：事件管理器 B（ EVB 中的多個(gè)事件源可以啟動(dòng)轉(zhuǎn)換）； 外部引腳： ADCSOC 引腳。 3．同步或順序采樣模式。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 0 9 S he e t of F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99 S E \ E X A M P L E S \M yD e s i gn .dd bD r a w n B y :D V ddI O P 4I O P A 2I O P A 3E A 12E A 13E A 14E A 15I S I E E X T _/ I N T 1M C L K XA D X _R S T ( M F S X )D 0~ D 15V s sC1T M S 32 0 F 28 12W R FDB V ddH O L D AH O L D BH O L D CA0A1A2C S E O C C L KR E S E TD A T A 0~ D A T A 15R D B G N DADDB Y T EC2A D S 83 648: 1O E + V 圖 31 DSP 和 ADS8364 接口電路 采用 F2812 自帶的 ADC 模塊 TMS320F2812 自帶的 ADC 模塊是一個(gè) 12 位帶流水線的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC），它有 16 個(gè)通道，可配置為 2 個(gè)獨(dú)立的 8 通道模塊，分別服務(wù)于事件管理器 A 和 B，兩個(gè)獨(dú)立的 8 通道模塊也可以級(jí)聯(lián)構(gòu)成 16 通道模塊。三個(gè)保持信號(hào)可以啟動(dòng)指定通道的轉(zhuǎn)換，但三個(gè)保持信號(hào)同時(shí)被選通時(shí)，其轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在 6 個(gè)寄存器中。這里選用 16 位并行輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADS8364， ADS8364 與 TMS320F2812的接口電路如圖 31 所示 ADS8364 的特點(diǎn) 是片選信號(hào) CS、輸入時(shí)鐘 CLK、數(shù)據(jù)輸入及控制信號(hào)均可以和 TMS320F2812 直接連接。 其他器件的選型 時(shí)鐘 芯片的選擇：系統(tǒng)中，我們選用了兩種時(shí)鐘 30Mhz 和 24MHz 分別供DSP 和 USB 使用。當(dāng)片內(nèi)存儲(chǔ)器不夠用時(shí)，有必要 采用告訴可讀寫的片外存儲(chǔ)器景泰